Current analytical models of grasping and manipulation with robotic hands contain simplifications and assumptions that limit their application to manufacturing environments. To evaluate these models, a study was undertaken of the grasps used by machinists in a small batch manufacturing operation. Based on the study, a taxonomy of grasps was constructed. An expert system was also developed to clarify the issues involved in human grasp choice. Comparisons of the grasp taxonomy, the expert system, and grasp-quality measures derived from the analytic models reveal that the analytic measures are useful for describing grasps in manufacturing tasks despite the limitations in the models. In addition, the grasp taxonomy provides insights for the design of versatile robotic hands for manufacturing.< >

Directional arrays of branched microscopic setae constitute a dry adhesive on the toes of pad-bearing geckos, nature's supreme climbers. Geckos are easily and rapidly able to detach their toes as they climb. There are two known mechanisms of detachment: (1) on the microscale, the seta detaches when the shaft reaches a critical angle with the substrate, and (2) on the macroscale, geckos hyperextend their toes, apparently peeling like tape. This raises the question of how geckos prevent detachment while inverted on the ceiling, where body weight should cause toes to peel and setal angles to increase. Geckos use opposing feet and toes while inverted, possibly to maintain shear forces that prevent detachment of setae or peeling of toes. If detachment occurs by macroscale peeling of toes, the peel angle should monotonically decrease with applied force. In contrast, if adhesive force is limited by microscale detachment of setae at a critical angle, the toe detachment angle should be independent of applied force. We tested the hypothesis that adhesion is increased by shear force in isolated setal arrays and live gecko toes. We also tested the corollary hypotheses that (1) adhesion in toes and arrays is limited as on the microscale by a critical angle, or (2) on the macroscale by adhesive strength as predicted for adhesive tapes. We found that adhesion depended directly on shear force, and was independent of detachment angle. Therefore we reject the hypothesis that gecko toes peel like tape. The linear relation between adhesion and shear force is consistent with a critical angle of release in live gecko toes and isolated setal arrays, and also with our prior observations of single setae. We introduced a new model, frictional adhesion, for gecko pad attachment and compared it to existing models of adhesive contacts. In an analysis of clinging stability of a gecko on an inclined plane each adhesive model predicted a different force control strategy. The frictional adhesion model provides an explanation for the very low detachment forces observed in climbing geckos that does not depend on toe peeling.

Stickybot is a bioinspired robot that climbs smooth vertical surfaces such as glass, plastic, and ceramic tile at 4 cm/s. The robot employs several design principles adapted from the gecko including a hierarchy of compliant structures, directional adhesion, and control of tangential contact forces to achieve control of adhesion. We describe the design and fabrication methods used to create underactuated, multimaterial structures that conform to surfaces over a range of length scales from centimeters to micrometers. At the finest scale, the undersides of Stickybot's toes are covered with arrays of small, angled polymer stalks. Like the directional adhesive structures used by geckos, they readily adhere when pulled tangentially from the tips of the toes toward the ankles; when pulled in the opposite direction, they release. Working in combination with the compliant structures and directional adhesion is a force control strategy that balances forces among the feet and promotes smooth attachment and detachment of the toes.

The Palo Alto Collaborative Testbed (PACT), a concurrent engineering infrastructure that encompasses multiple sites, subsystems, and disciplines, is discussed. The PACT systems include NVisage, a distributed knowledge-based integration environment for design tools; DME (Device Modeling Environment), a model formulation and simulation environment; Next-Cut, a mechanical design and process planning system; and Designworld, a digital electronics design, simulation, assembly, and testing system. The motivations for PACT and the significance of the approach for concurrent engineering is discussed. Initial experiments in distributed simulation and incremental redesign are reviewed, and PACT's agent-based architecture and lessons learned from the PACT experiments are described.< >

Presents an overview of research in dexterous manipulation. We first define robotic dexterous manipulation in comparison to traditional robotics and human manipulation. Next, kinematics, contact types and forces are used to formulate the dexterous manipulation problem. Dexterous motion planning is described, which includes grasp planning and quality measures. We look at mid- and low-level control frameworks, and then compare manipulation versus exploration. Finally, we list accomplishments in the different areas of dexterous manipulation research, and highlight important areas for future work.

Abstract This paper presents an integrated, systems‐level view of several novel design and control features associated with the biologically inspired, hexapedal, RiSE (Robots in Scansorial Environments) robot. RiSE is the first legged machine capable of locomotion on both the ground and a variety of vertical building surfaces including brick, stucco, and crushed stone at speeds up to 4 cm/s, quietly and without the use of suction, magnets, or adhesives. It achieves these capabilities through a combination of bioinspired and traditional design methods. This paper describes the design process and specifically addresses body morphology, hierarchical compliance in the legs and feet, and sensing and control systems that enable robust and reliable climbing on difficult surfaces. Experimental results illustrate the effects of various behaviors on climbing performance and demonstrate the robot's ability to climb reliably for long distances. © 2008 Wiley Periodicals, Inc.

The authors express the compliance of the grasp of a robotic hand as a function of grasp geometry, contact conditions between the fingers and the grasped object, and mechanical properties of the fingers. It is argued that the effects of structural compliance and small changes in the grasp geometry should be included in the computation. Factors are then examined that can lead a grasp to become unstable, independently of whether it satisfies force closure. Finally, the authors examine the reverse problem of how to specify servo gains at the joints of a robotic hand so as to achieve, as nearly as possible, a desired overall grasp compliance. It is shown that coupling between the joints of different fingers is useful in this context.< >